Micro-LEDs UV para la detección, producción y comunicación

Los diminutos LEDs pueden empaquetarse densamente para formar matrices de alta resolución

12.07.2022 - Alemania

Investigadores del Ferdinand-Braun-Institut (FBH) de Berlín han fabricado con éxito los primeros prototipos de microdiodos emisores de luz que emiten en el rango espectral ultravioleta (UVB). Los micro-LEDs con una longitud de onda de emisión de 310 nanómetros (nm) se caracterizan por el pequeño tamaño de la zona emisora, con diámetros de hasta 1,5 micrómetros (µm). Esto es entre cientos y miles de veces más pequeño que los LED UV convencionales. Los micro-LEDs pueden empaquetarse estrechamente con pasos de hasta 2 µm para formar un conjunto bidimensional en un chip, dando lugar a áreas emisoras de UVB de alta resolución.

Utilizados como emisores individuales o dispuestos en forma de matriz de alta densidad, los micro-LEDs UV pueden utilizarse en una amplia gama de aplicaciones. Entre ellas se encuentran la tecnología de detección, el curado de polímeros y resinas, la producción de chips semiconductores y la comunicación óptica. En los chips actuales de la FBH, todos los micro-LEDs UV de un conjunto funcionan simultáneamente. En el siguiente paso, los píxeles de los LEDs se dirigirán individualmente a través de un chip de control. Esto permitirá generar y modular rápidamente patrones de iluminación individuales, permitiendo, por ejemplo, la fotolitografía sin máscara. De este modo, se podrán crear estructuras individuales en obleas de semiconductores de forma fácil, rápida y económica. La capacidad de los patrones de irradiación UV de alta resolución también abre nuevas aplicaciones en el campo de la creación rápida de prototipos y el análisis de fluorescencia. Paralelamente, los científicos de la FBH ya están transfiriendo esta tecnología a los LEDs UVC, incluidos los LEDs far-UVC con longitudes de onda de emisión extremadamente cortas, en torno a los 230 nm. Ahora, la FBH busca socios que pretendan utilizar micro LEDs UV en sus aplicaciones, con el objetivo de avanzar conjuntamente en la tecnología y explotar plenamente el potencial de los dispositivos.

Máximas exigencias a la tecnología de procesamiento de chips

Las estructuras de las capas de semiconductores que emiten en el rango espectral ultravioleta se depositaron mediante epitaxia en fase de vapor orgánico metálico y, a continuación, se modelaron mediante procesos litográficos, grabado por plasma y métodos de deposición. La fabricación de micro-LEDs ultravioleta con diámetros pequeños en el rango de 1,5 a 50 µm y con un paso entre 2 y 60 µm requería una alta precisión de alineación, precisión de fabricación y perfección del material. Esto sólo podía conseguirse utilizando procesos litográficos de última generación especialmente diseñados para esta aplicación. Se necesitaba una alineación precisa de las distintas capas del proceso entre sí (control de superposición) con una exactitud superior a 20 nm en la oblea LED de 2". Debido a las reducidas dimensiones de los micro-LEDs UV fabricados -como el diámetro, la forma y el ángulo de inclinación de las estructuras grabadas-, sus propiedades se controlaron mediante microscopía electrónica.

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